Что такое скорость резания при сверлении. Сверление отверстий в металле: способы, инструменты, полезные советы. Виды отверстий в металле и способы их сверления

В процессе образования отверстия сверло одновременно совершает вращательное и поступательное движения, при этом режущие кромки сверла срезают тонкие слои материала, образуя стружку. Чем быстрее вращается сверло и чем большее расстояние за один оборот оно преодолевает в направлении оси обрабатываемого отверстия, тем быстрее происходит резание.

Скорость резания зависит от частоты вращения сверла и его диаметра, перемещение сверла вдоль оси заготовки за один оборот влияет на толщину снимаемого елс я материала (стружки). Сверло по сравнению с другими режущими инструментами работа, т в достаточно тяжелых условиях, так как при сверлении затруднен отвод стружки и подвод смазывающе-охлаждающей жидкости.

Основными элементами резания при сверлении являются скорость и глубина резания, подача, толщина и ширина стружки (рис. 3.77).

Скорость резания V — путь, пройденный точкой на режущей кромке сверла, наиболее удаленной от оси его вращения. Определяют скорость резания по формуле V = ndnl1000 (где V- скорость резания, м/мин; d — диаметр сверла, мм; п — частота вращения шпинделя, об/мин; п — постоянное число, равное 3,14; число 1 ООО введено в формулу для перевода диаметра сверла в метры). Величина скорости резания зависит от материала заготовки, материала инструмента и формы его заточки, подачи, глубины резания и наличия охлаждения при обработке отверстия.

Подача 3 измеряется в миллиметрах на один оборот сверла (мм/об). Величина подачи при сверлении выбирается в зависимости от требований, предъявляемых к шероховатости обработанной поверхности и точности обработки, обрабатываемого материала и материала сверля.

Глубина резания t измеряется в миллиметрах и представляет собой расстояние от обрабатываемой поверхности до оси сверла, т.е. при сверлении глубина резания составляет половину диаметра сверла, а при рассверливании — половину разности между диаметром предварительно просверленного отверстия и диаметр ом сверла.

Толщина среза (стружки) измеряется в направлении, перпендикулярном режущей кромки сверла, и равна половине величины перемещения сверла относительно оси обрабатываемого отверстия за один его оборот, т.е. половине величины подачи. Поскольку слой материала за один оборот сверла снимается двумя режущими зубьями, то каждый из этих зубьев удаляет слой материала, толщина которого равна половине величины подачи сверла на один его оборот.

Ширина среза измеряется вдоль режущей кромки и равна ее длине. При рассверливании ширина среза равна длине режущей кромки, участвующей в резании. Измеряется ширина среза в миллиметрах.

Режимы резания устанавливаются с целью обеспечения наибольшей производительности. При этом необходимо учитывать физико-механические свойства материала обрабатываемой заготовки, свойства материала инструмента и требования к качеству обработанной поверхности, заданные чертежом или техническими условиями на изготовление.

Теоретический расчет элементов режима резания выполняют в приведенной ниже последовательности.

1. По специальным справочным таблицам выбирают величину подачи в зависимости от xapat тера обработки, требований к качеству обработанной поверхности, материала сверла и других технологических данных.

2. Рассчитывают скорость инструмента с учетом технологических возможностей, режущих свойств материала инструмента и физико-механических свойств обрабатываемой заготовки.

3. Определяют расчетную частоту вращения шпинделя в соответствии с найденной скоростью резания. Полученную величину сравнивают с паспортными данными станка и принимают равной ближайшему наименьшему значению этой частоты.

4. Определяют действительную скорость резания, с которой будет производиться обработка.

На практике для определения режимов резания используют готовые данные технологических карт и таблиц справочников.

Режимы резания при зенкеровании и развертывании, а также критерии их выбора практически не отличаются от выбора этих параметров при сверлении.

Припуски на обработку отверстий

Припуск — это слой материала, подлежащий снятию при обработке. Величина этого Слоя зависит от требований, предъявляемых к обработанной поверхности и вида обработки.

При сверлении припуск на обработку составляет половину диаметра сверла. При рассверливании припуск определяется в зависимости от требований к обработанной поверхности и от необходимости в ее дальнейшей обработке (зенкеровании, развертывании). Припуск на зенкерование, в зависимости от того, является оно предварительным (перед развертыванием) или окончательным, составляет от 0,5 до 1,2 мм. Величина припуска зависит также от диаметра обрабатываемого отверстия. Припуск на развертывание зависит от диаметра обрабатываемого отверстия и от требований, предъявляемых к качеству обработанной поверхности и составляет от 0,05 до 0,3 мм. Типичные дефекты при обработке отверстий, причины их появления и способы предупреждения приведены в табл. 3.2.

Вторым после точения, самым распространенным видом механической обработки является сверление. К нему же приравнивается развертывание, зенковка, рассверливание. При расчете режимов резания можно, пренебрегая жесткостью системы обработки, представить, что это одновременное растачивание несколькими резцами, поэтому принцип расчета будет аналогичен токарной обработке. Однако при малых диаметрах сверла, менее 10 мм, режимы резания расчитываются исходя из целостности сверла после обработки. Другими словами, режимы считаются таким образом, чтобы сверло не изломалось, поэтому расчет производится исходя из характеристик прочности инструмента.

Однако, во время экспериментов с методикой, было выявлена ошибка, в связи с которой скорость резания была слишком высока, это выражалось длительностью сверления, но высокой стойкостью инструмента, и высоким качеством обработки. Плюс это или минус необходимо решать при определенной задаче, поскольку низкие подачи могут вызвать быстрое затупление режущей части (или даже налипание), однако при слишком высоких подачах вероятен излом инструмента, не говоря уже о понижении безопасности обработки.

С нашей методикой расчета режимов для сверления можно ознакомиться ниже. В соответствующей теме форума можно скачать макрос автоматического расчета режимов резания для сверлильных работ.

Методика расчета режимов резания при сверлильных работах

При сверлильных работах рекомендуется задавать режимы исходя из мощности используемого оборудования. Наиболее удобный материал режущего инструмента – быстрорежущая сталь (Р18, Р6М5). Подачи при сверлильных работах вычислять по формуле:

S - подача, мм/об

D - диаметр сверла, мм

С- коэффициент, зависящий от обрабатывемого материала и иных технологических факторов (чистота поверхности, наличие дальнейшей обработки и т.д) (таблица 1)

Kls - коэффициент на подачу, зависящий от условия выхода стружки (таблица 2)

Таблица 1

I группа подач - сверление глухих отверстий или рассверливание без допуска по 5-му классу точности или под последующее рассверливание

II группа подач- сверление глухих и сквозных отверстий в деталях нежесткой конструкции, сверление под резьбу и рассверливание под последующую обработку зенкером или развертками

III группа подач- сверление глухих и сквозных отверстий и рассверливание под дальнейшую обработку

Таблица 2

Режимы резания при сверлении

Затрачиваемая мощность при сверлении зависит от крутящего момента. Крутящий момент вычисляется по формуле:

Мкр- крутящий момент, воспринимаемый сверлом при резании, Н*м

См, q , y - коэффициенты на крутящий момент при сверлении, зависящий от условий резания (таблица 3)

D - диаметр сверла, мм

S - подача, мм/об

Кмр- коэффициент на крутящий момент, зависящий от механических свойств материала (таблица 4)

Таблица 3

Таблица 4

У нормальных сверл диаметром выше 10 мм не возникает опасности излома от чрезмерно большого крутящего момента, так как для этих диаметров наибольшие напряжения, возникающие в сверле, обычно лимитируются скоростью затупления при возрастании скорости резания и подачи. Для сверл диаметра меньше 10 мм, крутящий момент рекомендуется рассчитывать по ф-ле ,

для обеспечения целостности инструмента.

Приравняв и можно вычислить максимально возможные подачи для сверл малого диаметра при сверлении заданного материала (таблица 5).

Таблица 5

Для обеспечения жесткости СПИД при сверлении, необходимо устанавливать сверло в патроне с минимальным по возможности вылетом (больше на 3-5 мм чем глубина обрабатываемого отверстия).

Скорость резания при сверлении вычисляется по формуле:

Таблица расчетов режимов при сверлении на станке 2А135 в приложении 1.

Зенкерование и рассверливание

Подача при зенкеровании и рассверливании рассчитывается аналогично по формуле:

Крутящий момент рассчитывается по формуле:

Значения коэффициентов С m , x , y , q выбирать по таблице 6

Таблица 6

D- диаметр сверла

d- диаметр ранее рассверленного отверстия - подача на обин зуб инструмента (равна s / Z )

s - подача, мм/об

Z - число зубьев развертки

Коэффициенты С p , x , y в таблице 7

Таблица 7

Скорость резания рассчитывается по формуле:

Частота вращения вычисляется по формуле:

Таблица расчетов режимов при развертывании на станке 2А135 в приложении 2.

При введении методики расчетов в системе ТехноПро рекомендуется для сверления и развертывания, подсчитанные режимы внести в информационную базу данных, тем самым, избегая программирования условия расчета и упрощая работу системы. Для расчета режимов при зенкеровании и рассверливании необходимо спрограммировать условия, используя коэффициенты из таблицы 6.

В детали из чугуна КЧ35-10 необходимо получить сквозное отверстие 45Н8 с шероховатостью Rz=8 мкм. Глубина отверстия 52 мм. Операция выполняется на станке 2170.

Получить отверстие 45Н8 с Rz=8 мкм одним сверлом невозможно. Установим технологический маршрут обработки.

По справочным данным найдём, что с целью получения отверстия указанных выше размеров и шероховатости необходимо применить:

Сверление;

Зенкерование;

Зенкерование чистовое;

Развёртывание.

Это значит, что после сверления необходимо оставить припуск на зенкерование, а после зенкерования оставить припуск на развёртывание.

В справочнике найдём, что для обработки отверстия диаметром до 45 мм при зенкерование t2=3.48мм, чистовом зенкеровании рекомендуется t3=0.48 мм, а при развёртывании - t3=0.1 мм.

Там же найдём, что в зависимости от последовательности переходов на глубину резания надо взять поправочный коэффициент Kt:

Kt2=1,1; Kt3=1,55; Kt4=2,8.

Таким образом, с учётом особенностей маршрута обработки необходимо иметь:

Определим диаметры инструментов:

Диаметр развёртки

Диаметр зенкера чистового

Диаметр зенкера

Диаметр сверла

Уточняем диаметр сверла, округлив его до ближайшего по ГОСТ. Градация диаметров спиральных свёрл приведена в справочнике. Свёрла с диаметром от 30 до 50 мм выпускаются инструментальной промышленностью с интервалом изменения диаметров, равным 0,5 мм. С учётом сказанного выбираем D1=35 мм. В связи с коррекцией диаметра сверла корректируем и диаметры других инструментов.

В данном случае получим:

Различные коэффициенты, необходимые для определения параметров резания, характеристики сталей и сплавов и рекомендации были выбраны из справочного методического пособия В. И. Лепилина «Режимы резания авиационных материалов при сверлении, зенкеровании и развёртывании».

Сверление

Обрабатываемый материал относится к чугунам. Чугун КЧ35-10 имеет?b=350 МПа.

Выбор основных размеров и геометрии инструмента.

Анализируя перечень стандартов на спиральные быстрорежущие свёрла устанавливаем, что для чугунов по ГОСТ 10903-77 изготавливаются спиральные длинные свёрла с коническим хвостовиком. Выбираем сверло 35 мм из стали Р18 с общей длиной L=350 мм, длиной спиральной части l=230 мм и коническим хвостовиком Морзе №3. Для сверления труднообрабатываемых материалов рекомендуется двойная заточка с подточкой перемычки и ленточки - ДПЛ.

Таблица 2.

Устанавливаем критерий износа и оптимальный период стойкости. Для быстрорезов при обработке титановых сплавов h3=0.02D1.2=1,43; Т=3D или Т=105 мин.

Выбор глубины резания

При сверлении t=D/2, а следовательно для нашего случая t=17,5 мм.

Выбор подачи.Подача, допускаемая прочностью механизма подач станка.

для станка 2170

По справочнику:

Следовательно,

Подача, допускаемая прочностью инструмента.

При сверлении инструментами из быстрорежущих сталей

Подача по жесткости системы СПИД в связи с заданной точностью и шероховатостью обработанной поверхности.

При сверлении труднообрабатываемых материалов в жёстких деталях без допуска и с допуском до 12 квалитета под последующее зенкеровагние или расточку резцом

Выбор наибольшей технологически допускаемой подачи

Из найденных значений s1=3,48мм/об; s2=1,54мм/об; s3=1,155 мм/об выбираем наименьшее и сопоставляем с имеющимися значениями на станке 2170. Принимаем ближайшее меньшее из них к меньшему расчётному. Будем иметь s0=1,05мм/об. Это и есть наибольшая технологически допускаемая подача.

Выбор скорости резания.

Частота вращения шпинделя станка может быть определена по формуле:

В справочнике находим:

Подставив всё необходимое в формулу, получим:

Сопоставляя с паспортными данными станка, находим:

Определяем подачу для nx+1:

Согласовывая с паспортными величинами подач, будем иметь

Решаем вопрос о наивыгоднейшем сочетании s и n.

Режимы резания при сверлении. Производительность труда при сверлении во многом зависит от скорости вращения сверла и величины подачи, т. е. на какую величину сверло углубляется за один оборот в обрабатываемую деталь.

Но скорость вращения сверла и подача не могут быть беспредельно увеличены - при слишком большой скорости вращения сверло «сгорит», а при слишком большой подаче сломается.

Скорость резания выражается формулой

где v - скорость резания, м/мин; D - диаметр сверла, мм; n - число оборотов шпинделя в минуту; π - число, равное 3,14.

При выборе скорости резания учитывают свойства обрабатываемого материала и материала сверла, диаметр сверла, величину подачи и условия сверления (глубину сверления, наличие охлаждения и др.).

Величина подачи определяется с учетом диаметра сверла. Так, например, при обработке стали средней твердости сверлом диаметром 6 мм допускают подачу 0,15 мм/об; при диаметре сверла 12 мм - 0,25 мм/об; при диаметре сверла 20 мм - 0,30 мм/об и т. д.

Правильный выбор скорости и подачи сверла оказывает большое влияние не только на производительность, ко и на стойкость режущего инструмента и качество обрабатываемого отверстия. Сверло работает лучше при большой скорости резания и малой подаче.

Число оборотов, скорость и подачу можно определять и по таблицам.

Уход за сверлильными станками. Сверлильные станки будут работать с требуемой точностью, производительно и безотказно длительное время лишь в том случае, если за ними будет соответствующий уход.

Уход за сверлильным станком заключается прежде всего в поддержании на рабочем месте чистоты и систематической уборке стружки. Особенно следует оберегать стол от забоин и ржавления. Забоины, остающиеся на столе в результате небрежной работы, снижают точность сверления и ускоряют необходимость проведения ремонта станка.

Чтобы избежать образования забоин и выработки на столе, детали следует устанавливать аккуратно, без ударов и значительных перемещений по столу. Опорные плоскости, которыми деталь устанавливается на стол, должны быть чистыми и не иметь заусенцев.

По окончании работы стол станка и его пазы должны быть тщательно очищены от грязи и стружки, протерты сухими концами и смазаны тонким слоем масла для предохранения от ржавления.

Перед работой необходимо смазать все трущиеся части станка, места смазки и залить масло в масленки.

Во время работы проверяют рукой нагрев подшипников. Нагрев должен быть терпимым для руки. Во избежание несчастного случая перед проверкой степени нагрева подшипников электродвигатель следует остановить и проверку производить при неработающей ременной или зубчатой передачах. Необходимо также следить за тем, чтобы шестерни станка были всегда надежно ограждены.

Лабораторная работа № 6

Расчёт режимов резания при сверлении

Цель работы: научиться рассчитывать наиболее оптимальные режимы резания при сверлении по аналитическим формулам.

1. Глубина резания t , мм. При сверлении глубина резания t = 0,5 D , при рассверливании, зенкеровании и развертывании t = 0,5 (D – d ) ,

где d – начальный диаметр отверстия;

D – диаметр отверстия после обработки.

2. Подача s , мм/об. При сверлении отверстий без ограничивающихся факторов выбираем максимально допустимую по прочности сверла подачу (табл.24). При рассверливании отверстий подача, рекомендованная для сверления, может быть увеличена до 2 раз. При наличии ограничивающих факторов подачи при сверлении и рассверливании равны. Их определяют умножением табличного значения подачи на соответствующий поправочный коэффициент, приведенный в примечании к таблице. Полученные значения корректируем по паспорту станка (приложение 3). Подачи при зенкеровании приведены в табл. 25, а при развертывании – в табл.26.

3. Скорость резания v р , м/мин. Скорость резания при сверлении

https://pandia.ru/text/80/138/images/image003_138.gif" width="128" height="55">

Значения коэффициентов С v и показателей степени m , x , y , q приведены для сверления в табл.27, для рассверливания, зенкерования и развертывания – в табл. 28, а значения периода стойкости Т – табл. 30.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий фактические условия резания,

Кv = Кмv Киv Кιv ,

где Кмv - коэффициент на обрабатываемый материал (см. табл. 1, 3, 7, 8);

Киv – коэффициент на инструментальный материал (см. табл. 4);

Кιv, - коэффициент учитывающий глубину сверления (табл. 29). При рассверливании и зенкеровании литых или штампованных отверстий вводится дополнительно поправочный коэффициент Кп v (см. табл. 2).

4. Частоту вращения n , об/мин, рассчитывают по формуле

https://pandia.ru/text/80/138/images/image005_96.gif" width="180" height="51">

5. Крутящий момент M кр , Н·м, и осевую силу Ро , Н, рассчитывают по формулам:

при сверлении

Мкр = 10 См Dqsy Кр;

Р0 = 10 Ср Dqsy Кр;

при рассверливании и зенкеровании

Мкр = 10 См Dq tx sy Кр;

Р0 = 10 Ср tx sy Кр;

Значения См и Ср и показателей степени q , x , y приведены в табл. 31.

Коэффициент Kp , учитывающий фактические условия обработки, в данном случае зависит только от материала обрабатываемой заготовки и определяется выражением

Кр = Кмр.

Значения коэффициента Кмр приведены для стали и чугуна в табл. 11, а для медных и алюминиевых сплавов – в табл. 10.

Для определения крутящего момента при развертывании каждый зуб инструмента можно рассматривать как расточной резец. Тогда при диаметре инструмента D крутящий момент, H·м,

;

здесь sz – подача, мм на один зуб инструмента, равная s/z ,

где s – подача, мм/об, z – число зубьев развертки. Значения коэффициентов и показателей степени см. в табл. 22.

6. Мощность резания Ne , кВт , определяют по формуле:

где n пр - частота вращения инструмента или заготовки, об/мин,

Мощность резания не должна превышать эффективную мощность главного привода станка N е < N э (, где N дв - мощность двигателя, h - кпд станка). Если условие не выполняется и N е > N э , снижают скорость резания. Определяют коэффициент перегрузки рассчитывают новое меньшее значение скорости резания https://pandia.ru/text/80/138/images/image011_47.gif" width="75" height="25 src=">, где Рост – осевая сила станка.

7. Основное время То , мин, рассчитывают по формуле ,

где L – длина рабочего хода инструмента, мм;

Длина рабочего хода, мм, равна L = l + l 1 + l 2 ,

где l – длина обрабатываемой поверхности, мм;

l 1 и l 2 – величины врезания и перебега инструмента, мм (см. приложение 4).

Таблица 1

Поправочный коэффициент К мv , учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на скорость резания.

Таблица 2

Поправочный коэффициент Кп v , учитывающий влияние состояния поверхности заготовки на скорость резания.

Таблица 3

Поправочный коэффициент Км v , учитывающий влияние физико-механических свойств медных и алюминиевых сплавов на скорость резания.

Таблица 4

Поправочный коэффициент Киv , учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания.